ОТ ЛУЧИНЫ ДО ЭЛЕКТРИЧЕСТВА

СВЕТ И ЛАМПА НАКАЛИВАНИЯ ПРИРОДА СВЕТА

1953 году исполняется 80 лет с того дня, как заж­глись первые лампочки Лодыгина. Долгий путь раз­вития прошла электрическая лампа накаливания. Потомок лампочки Лодыгина — всем известная современная элек­трическая лампа — во многом отличается от своих пред­ков. Но, прежде чем говорить о том, как совершенствова­лись эти лампы, каковы особенности современных ламп накаливания, надо познакомиться с природой света и за­конами его излучения.

Что же такое свет, какова его природа?

Этот вопрос занимал человеческий ум с незапамятных времён. В древнем мире многие учёные полагали, что свет идёт из наших глаз. Это как бы щупальцы, которыми человеческий глаз ощупывает окружающее. Солнце же только помогает нам видеть.

Позднее от этого совершенно неверного взгляда учёные отказались. Для всех стало очевидным, что свет излу­чается светящимися телами — солнцем, факелом, пламе­нем свечи, а глаз лишь воспринимает его. В XVII веке было высказано предположение, что свет — это поток ка­ких-то очень мелких частиц — «корпускул». Они с боль­шой скоростью выбрасываются светящимся телом и, когда попадают в глаза, вызывают ощущение света. Но кроме этой теории существовала другая — волновая. Со­гласно этой теории свет обладает волновыми свойствами; он распространяется, как предполагали, в мировой среде — «эфире» — подобно волнам на воде.

Долгое время в науке господствовала корпускулярная теория света, но затем, в начале XIX века, была под­тверждена многими опытами волновая теория, которая и стала общепризнанной.

Позднее было найдено, что свет — это особые, элек­тромагнитные волны, распространяющиеся в про­странстве со скоростью света, т. е. около 300 ООО ки­лометров в секунду. Это — волнообразное колебание маг­нитных и электрических сил, которое, подобно волнам на воде, передаётся в пространстве всё дальше.

Электромагнитные волны, или электромагнитное излу­чение, характеризуются длиной волны. Длина волны опре­деляется частотой излучения, т. е. числом волн, созданных источником света за одну секунду.

Изучая различные электромагнитные излучения, учё­ные установили, что не только видимый свет, но и радио­волны, и невидимые инфракрасные и ультрафиолетовые лучи, и лучи Рентгена — все они представляют собой элек­тромагнитные волны, распространяющиеся в пространстве. Различаются они только по длине волны. В то время как длина электромагнитных волн видимого света равна при­мерно от 4 до 8 стотысячных долей сантиметра, длина электромагнитных радиоволн колеблется в пределах от сантиметров до многих сотен метров. Волны с длиной меньше 4 стотысячных сантиметра — это ультрафиолето­вые лучи и лучи Рентгена, а от 8 стотысячных сантимет­ра до сотых долей сантиметра — невидимые глазу инфра­красные лучи.

Длиной волны электромагнитного излучения опреде­ляется и цвет. Свет красного цвета — это наиболее длин­новолновое излучение, видимое глазом; длина волн для этого цвета составляет около 7—8 стотысячных долей сантиметра. Волны с длиной около 6 стотысячных санти­метра мы воспринимаем как свет оранжевого и жёлтого цветов. Ещё более короткие волны дают ощущение зелё­ного и голубого цвета. Самые короткие волны видимого света воспринимаются глазом как фиолетовый цвет.

Волновая, электромагнитная природа света была установлена в середине прошлого века. Однако на рубеже нашего столетия было открыто новое свойство световых излучений. Как оказалось, излучение и поглощение света носит прерывистый, корпускулярный, характер, т. е. свет ведёт себя не только как волна, а и как поток каких-то мельчайших материальных частиц. Об этом говорили, в частности, законы фотоэффекта, открытые А. Г. Столе­товым [43]).

Таким образом было установлено, что природа света, который несомненно обладает волновыми свойствами, в то же время более сложна. Излучение света происходит не непрерывно, а как бы отдельными порциями энер­гии; они носят название квантов света.

Свет — это сложное природное явление, обладающее в одно и то же время свой­ствами частиц и свойствами волн. Такая двойственная природа света отражает одно из основных диалектических свойств всей материи — единство проти­воположностей.

Выше мы говорили о том, как рождается в веществе свет. Это происходит при возбуждении атома, когда внеш­ние атомные электроны, получая избыточную энергию, делают «скачок» на одну из более удалённых его орбит и затем, возвращаясь обратно, излучают избыток энергии в виде квантов: в пространство уходят электромагнитные волны.

В зависимости от величины энергии, отданной электро­ном, определяется и величина энергии излучаемого кванта, с которой связана длина электромагнитной волны. А это,

Как вы уже знаете, определяет характер излучения. В за­висимости от длины волны мы можем воспринимать излу­чение как свет разных цветов или же совсем его не видеть.

Все источники света, о которых мы говорили, излу­чают кванты самых различных энергий. Это значит, что свет, идущий от солнца, от газовой горелки, от свечи, от керосиновой и электрической ламп, всегда является суммой электромагнитных волн различных длин.

Другими словами, в излучении всех этих источников света всегда содержатся как лучи видимого света разных цветов, так и лучи невидимые — ультрафиолетовые, ин­фракрасные.

Почему же мы видим белый или близкий к белому свет?

Да потому, что белый свет, тот, который мы привыкли считать самым простым, обычным,— это и есть как раз сумма цветных лучей; это свет сложный.

Хорошо известен очень простой опыт, доказывающий сложность белого света. Если на пути пучка солнечного света поставить стеклянную призму — клинообразный ку­сок стекла,—то, пройдя её, свет как бы распадается на свои составные цвета, образуя спектр (см. рис. 19). Принято условно выделять семь основных цветов: красный, оранжевый, жёлтый, зелёный, голубой, синий и фиолето­вый. На самом деле эти цвета непрерывно переходят один в другой, так что белый свет слагается из суммы излуче­ний, имеющих бесконечное число оттенков.

Цвета спектра мы видим во многих природных явле­ниях, например в радуге. При радуге в каплях дождя происходит такое же разложение белого солнечного света, как и в стеклянной призме.

Помимо видимых лучей, в солнечном излучении име­ются и невидимые лучи — ультрафиолетовые и инфракрас­ные. Излучает солнце и радиоволны.

Такую же смесь излучений различных длин волн пред­ставляет собой свет, идущий от искусственных источников света — от свечей, от ламп.

Таковы в самых общих чертах современные представ­ления о природе света.

А теперь, зная это, мы можем хорошо разобраться в том, что представляет собой электрическая лампа, как она совершенствовалась, какие достоинства и недостатки имеет она сейчас.